<?xml version="1.0"?>
<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">Vestnik of Don State Technical University</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">Vestnik of Don State Technical University</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Вестник Донского государственного технического университета</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="print">1992-5980</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">2696</article-id>
   <article-id pub-id-type="doi">10.12737/4543</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>Математические и естественные науки</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>Mathematical and Natural Sciences</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>Математические и естественные науки</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">Numerical solution to boundary problems for Poisson’s equation by point-source method</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Численное решение краевых задач для уравнения Пуассона методом точечных источников поля</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Щербакова</surname>
       <given-names>Елена Евгеньевна</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Shcherbakova</surname>
       <given-names>Elena Евгеньевна</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>Sherbakovaee@mail.ru</email>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Князев</surname>
       <given-names>Сергей Юрьевич</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Knyazev</surname>
       <given-names>Sergey Юрьевич</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>ksy@donpac.ru</email>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Енгибарян</surname>
       <given-names>Алёша Александрович</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Engibaryan</surname>
       <given-names>Alesha Александрович</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>ksy@donpac.ru</email>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <pub-date publication-format="print" date-type="pub" iso-8601-date="2014-06-06T00:00:00+04:00">
    <day>06</day>
    <month>06</month>
    <year>2014</year>
   </pub-date>
   <pub-date publication-format="electronic" date-type="pub" iso-8601-date="2014-06-06T00:00:00+04:00">
    <day>06</day>
    <month>06</month>
    <year>2014</year>
   </pub-date>
   <volume>14</volume>
   <issue>2</issue>
   <self-uri xlink:href="https://zh-szf.ru/en/nauka/article/2696/view">https://zh-szf.ru/en/nauka/article/2696/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>Целью работы является повышение эффективности одного из перспективных методов решения краевых задач для уравнений эллиптического типа  метода точечных источников поля, в зарубежной литературе называемого также методом фундаментальных решений, который в настоящее время используется в первую очередь для решения уравнения Лапласа. Предложено несколько вариантов численного решения краевых задач для уравнения Пуассона с использованием метода точечных источников поля. Применение этого метода к решению неоднородных уравнений, таких как уравнение Пуассона, приводит в большинстве случаев к резкому возрастанию численной погрешности, что связано с ошибками при нахождении частного решения уравнения Пуассона. Правая часть уравнения Пуассона аппроксимируется двумерным тригонометрическим многочленом (при решении двумерных краевых задач), после чего становится возможным получение частного решения, необходимого для решения исходной краевой задачи методом точечных источников поля. Результаты тестирования предложенного способа численного решения краевых задач для уравнения Пуассона свидетельствуют о его эффективности, так как позволяют получать решение с относительной погрешностью 10–6 при минимальных затратах  машинного времени. Разработанная методика численного решения краевых задач для уравнения Пуассона может быть использована при моделировании физических полей в технических устройствах различного назначения.</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>The aim of this paper is the efficiency improvement of one of the most advanced techniques of solving the elliptic boundary value problems – the field point-source method designated as the fundamental solution technique in the foreign literature.  Now it is used primarily for solving Laplace equation. Several alternate numerical solutions to the boundary value problems for Poisson’s equation using the field point-source method are proposed. This method application to the nonhomogeneous equation solution, such as Poisson’s equation, in most cases leads to the dramatic increase of the numerical error due to mistakes in Poisson’s equation specific solution. The right member of Poisson&amp;#180;s equation is approximated by a two-dimensional trigonometric polynomial (in the solution of two-dimensional boundary value problems), then it becomes possible to obtain the specific solution necessary for solving an initial boundary value problem by the field point-source method. The testing results of the proposed technique imply its efficiency, as they allow obtaining the solution with a relative error of 10–6 at minimum machine time spending. The developed technique of the numerical solution to the boundary value problems for Poisson equation can be used for modeling physical fields in the engineering devices of various applications.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>уравнение Пуассона</kwd>
    <kwd>уравнения эллиптического типа</kwd>
    <kwd>метод точечных источников поля</kwd>
    <kwd>метод фундаментальных решений.</kwd>
   </kwd-group>
   <kwd-group xml:lang="en">
    <kwd>Poisson equation</kwd>
    <kwd>elliptic boundary value problems</kwd>
    <kwd>field point-source method</kwd>
    <kwd>method of fundamental solutions.</kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p>УДК 519.8Численное решение краевых задач для уравнения Пуассона методом точечных источников поля1С. Ю. Князев, Е. Е. Щербакова, А. А. Енгибарян  Целью работы является повышение эффективности одного из перспективных методов решения краевых задач для уравнений эллиптического типа ¾ метода точечных источников поля, в зарубежной литературе называемого также методом фундаментальных решений, который в настоящее время используется в первую очередь для решения уравнения Лапласа. Предложено несколько вариантов численного решения краевых задач для уравнения Пуассона с использованием метода точечных источников поля. Применение этого метода к решению неоднородных уравнений, таких как уравнение Пуассона, приводит в большинстве случаев к резкому возрастанию численной погрешности, что связано с ошибками при нахождении частного решения уравнения Пуассона. Правая часть уравнения Пуассона аппроксимируется двумерным тригонометрическим многочленом (при решении двумерных краевых задач), после чего становится возможным получение частного решения, необходимого для решения исходной краевой задачи методом точечных источников поля. Результаты тестирования предложенного способа численного решения краевых задач для уравнения Пуассона свидетельствуют о его эффективности, так как позволяют получать решение с относительной погрешностью 10–6 при минимальных затратах  машинного времени. Разработанная методика численного решения краевых задач для уравнения Пуассона может быть использована при моделировании физических полей в технических устройствах различного назначения. ---------------------------------------- 1Работа выполнена по грантам РФФИ  13-07-00952-а  и  14-07-00705-а.</p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Алексидзе, М. А. Фундаментальные функции в приближенных решениях граничных задач / М. А. Алексидзе.  Москва : Наука, 1991.  352 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Aleksidze, М.А. Fundamentalnyye funktsii v priblizhennykh resheniyakh granichnykh zadach. [Fundamental functions in approximate solutions to boundary problems.] Moscow: Nauka, 1991, 352 p. (in Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Fairweather, G. The method of fundamental solutions for elliptic boundary value problems / G. Fairweather, А. Karageorghis // Ad. Vol. Comput. Math.  1998.  Vol. 9.  Pр. 6995.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Fairweather, G., Karageorghis, A. The method of fundamental solutions for elliptic boundary value problems. Ad. Vol. Comput. Math., 1998, vol. 9, pp. 6995.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Бахвалов, Ю. А. Математическое моделирование физических полей методом точечных источников / Ю. А. Бахвалов, С. Ю. Князев, А. А. Щербаков // Изв. РАН. Серия физическая.  2008.  Т. 72, № 9.  С. 12591261.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Bakhvalov, Y.A., Knyazev, S.Y., Shcherbakov, A.A. Matematicheskoye modelirovaniye fizicheskikh poley metodom tochechnykh istochnikov. [Mathematical modeling of physical fields by point-source method.] Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya. 2008б vol. 72, no. 9, pp. 12591261 (in Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B4">
    <label>4.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Князев, С. Ю. Устойчивость и сходимость метода точечных источников поля при численном решении краевых задач для уравнения Лапласа / С. Ю. Князев // Изв. вузов. Электромеханика.  2010.  № 1.  С. 312.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Knyazev, S.Y. Ustoychivost i skhodimost metoda tochechnykh istochnikov polya pri chislennom reshenii krayevykh zadach dlya uravneniya Laplasa. [Stability and convergence of field point-source method under numerical solution to boundary value problems for Laplace equation.] Izvestiya vuzov. Elektromekhanika. 2010, no. 1, pp. 312 (in Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B5">
    <label>5.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Chen, C. S. A domain embedding method and quasi-Monte Carlo method for Poisson’s equation / C. S. Chen, M. A. Golberg // BEM 17 / eds. C. A. Brebbia, S. Kim, T. A. Osswald and H. Power.  Southampton : Comput. Mech. Publ, 1995.  P. 115122.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Chen, C. S., Golberg, M.A. A domain embedding method and quasi-Monte Carlo method for Poisson’s equation. BEM 17. C.A. Brebbia, S. Kim, T.A. Osswald and H. Power, eds. Southampton: Comput. Mech. Publ., 1995, pp. 115122.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B6">
    <label>6.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Golberg, M. A. An efficient mesh-free method for nonlinear reaction-diffusion equations / M. A. Golberg, C. S. Chen // CMES 2 (1).  2001.  Vol. 2 (1).  P. 8795.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Golberg, M.A, Chen, C.S. An efficient mesh-free method for nonlinear reaction-diffusion equations. MES 2 (1), 2001, vol. 2 (1), pp. 8795.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B7">
    <label>7.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Li, X. Convergence of the method of fundamental solutions for Poisson’s equation on the unit sphere / X. Li // Adv. Comput. Math.  2008.  Vol. 28.  P. 269282.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Li, X. Convergence of the method of fundamental solutions for Poisson’s equation on the unit sphere. Adv. Comput. Math. 2008, vol. 28, pp. 269282.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B8">
    <label>8.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Князев, С. Ю. Численное решение уравнений Пуассона и Гельмгольца с помощью метода точечных источников / С. Ю. Князев // Изв. вузов. Электромеханика.  2007.  № 2.  С. 7778.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Knyazev, S.Y. Chislennoye resheniye uravneniy Puassona i Gelmgoltsa s pomoshchyu metoda tochechnykh istochnikov [Numerical solution to Poisson and Helmholtz equations using point-source method.] Izvestiya vuzov. Elektromekhanika. 2007, no. 2, pp. 7778 (in Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B9">
    <label>9.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Князев, С. Ю. Решение граничных задач математической физики методом точечных источников поля / С. Ю. Князев, Е. Е. Щербакова // Изв. вузов. Электромеханика.  2007.  № 3.  С. 1115.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Knyazev, S.Y., Shcherbakova, E.E. Resheniye granichnykh zadach matematicheskoy fiziki metodom tochechnykh istochnikov polya. [Solution to boundary-value problems of mathematical physics by field point-source method.] Izvestiya vuzov. Elektromekhanika. 2007, no. 3, pp. 1115 (in Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B10">
    <label>10.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Alves, C. J. S. A new method of fundamental solutions applied to nonhomogeneous elliptic problems / C. J. S. Alves, C. S. Chen // Advances in Computational Mathematics.  2005.  Vol. 23  Pр. 125142.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Alves, C. J. S., Chen, C.S. A new method of fundamental solutions applied to nonhomogeneous elliptic problems. Advances in Computational Mathematics, 2005, vol. 23, pp. 125142.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B11">
    <label>11.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Березин, И. С. Методы вычислений / И. С. Березин, Н. П. Жидков.  Москва : Наука, 1966.  632 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Berezin, I.S., Zhidkov, N.P. Metody vychisleniy. [Computing techniques.] Moscow: Nauka, 1966, 632 p. (in Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B12">
    <label>12.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Градштейн, И. С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений / И. С. Градштейн, И. М. Рыжик.  Москва : Физматгиз, 1963.  1100 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Gradstein, I.S., Ryzhik, I.M. Tablitsy integralov, summ, ryadov i proizvedeniy. [Tables of integrals, sums, series, and products.] Moscow: Fizmatgiz, 1963, 1100 p. (in Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
